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1.1 任务
设计一个由四旋翼无人机及消防车构成的空地协同智能消防系统。无人机上安装垂直向下的激光笔#xff0c;用于指示巡逻航迹。巡防区域为40dm48dm。无人机巡逻时可覆盖地面8dm宽度区域。以缩短完成全覆盖巡逻时间为原则#xff0c;无人机按照规划航线巡逻。发…1 题目
1.1 任务
设计一个由四旋翼无人机及消防车构成的空地协同智能消防系统。无人机上安装垂直向下的激光笔用于指示巡逻航迹。巡防区域为40dm×48dm。无人机巡逻时可覆盖地面8dm宽度区域。以缩短完成全覆盖巡逻时间为原则无人机按照规划航线巡逻。发现火情后立即采取初步消防措施并将火源地点位置信息发给消防车使其前往熄灭火源。空地协同巡逻及消防工作完成时间越短越好。 1.2 任务点
1、基本要求50分
1参赛队需自制模拟火源。模拟火源是用电池供电的红色光源如LED等用激光笔持续照射可控制开启或关闭持续照射2秒左右开启再持续照射2秒左右关闭。5分2展示规划的巡逻航线图在消防车上按键启动无人机垂直起飞后无 人机以18dm左右高度在巡防区域按规划的航线完成全覆盖巡逻。22分3无人机与消防车之间采用无线通信巡逻期间无人机每秒向消防车发 送1次位置坐标信息消防车上显示器实时更新显示无人机位置坐标信息。8分4巡逻中消防车显示器显示巡逻航迹曲线计算并显示累计巡逻航程。8分5完成巡逻后无人机返回准确降落在起飞区域内。7分
2、发挥部分50分
1手动操作激光笔点亮-一个火源。在消防车上启动无人机巡逻。无人机 按规划航线巡逻发现火情后前往接近火源(水平距离≤5dm)识别确认再在无人机上用LED指示灯示警。8分2无人机飞至火源地点上方降低至10dm左右高度悬停3s后抛洒灭 火包灭火包落在以火源点为中心、半径3dm圆形区域内再将火源地点位置坐标发送给消防车然后继续巡逻完成后返航回到起飞点。12分3消防车接收到火情信息显示火源地点位置坐标后从消防站出发前 往火源地点途中不得碾压街区及其边界线在5dm距离内以激光笔光束照射模拟火源将其熄灭。15分4熄灭模拟火源后消防车返回到出发区域内。发挥部分限时360s内完成。10分5其他。5分
1.3 设计部分
1.3.1 模拟火源
该部分的要求如下 模拟火源可用电池供电的红色LED等需带向上的喇叭形遮光罩遮光罩角度约60°左右高度不超过10cm。可用激光笔控制其开启或关闭。 示意图如下 外部遮光罩可仿照宠物防咬罩进行修改 内部LED灯罩是为了扩大灯光面积以便系统内图像识别系统的工作。同时为了提高小车激光跟随算法的工作效率需要扩大光敏传感器检测区域建议使用人体微波检测模块上的塑料透镜以达到聚光的效果。 电路设计图STC8最小系统板加两节1.5V干电池一个红色LED300Ω左右的电阻一个光敏传感器就差不多了。 程序设计程序中用到一个GPIO输出、ADC、定时器。
1.3.2 小车部分
该部分要求如下 消防车要求使用 4 轮电动小车长宽投影尺寸不大于 20cm×35cm高度不大于 40cm不得使用麦克纳姆轮。
1、底盘与电机 1底盘自选。 2电机最好使用带编码器的金属齿轮减速点击能够得到转速和角度以便估测小车位置更好地控制小车。 3电机驱动H桥电机驱动模块。 4电池12V高倍率锂电池组。 最好找要带有电机驱动的、编码器接口、能够降压给主控供电的小车底板比如开山斧电机驱动模块。
2、主控芯片 1盘古 如果选择TI的盘古这块系统板开发起来还是比较顺手的用起来Bug少。板子上有OLED驱动芯片和加速度传感器、蜂鸣器、多个按键、串口接口多。
2TM4C123GXL 这块板子十分不推荐调试接口有问题驱动也不好打ICDI要安装CCS性能也比较差供电端口也少写代码的时候Keil闪退无数次硬件跑程序也容易进中断卡死。 要是有别人改过的、开发好的成品用用还是可以的。
3、显示屏 建议使用陶晶驰的串口屏配置方便代码简单能够回传字符串。 引脚5V、GND、TXD、RXD
4、无线模块 可以使用蓝牙、WIFI、Lora等等。 无线模块建议采用有广播功能的模块这样多机调试更加方便。 引脚VCC5~3.3V、GND、TXD、RXD 今年还允许使用UWB能够实现无人机和小车的精确定位还能够传输数据只要来得及开发代码可以说是降维打击不过价格还是比较昂贵的。
5、机器视觉和舵机 对于模拟火源的检测有OpenMV方案和K210方案。 OpenMV模块有控制舵机的例程可以控制激光笔关闭模拟火源但溢价过多可以自己DIY。
6、IMU 这个主控板上有就最好没有就用模块化的MPU6050不过要安装在小车中心处。
7、其他模块 1灰度传感器白光照射不同颜色的地面反射回的光强不同可以进行巡线等任务。 2激光头。 3…
1.3.3 无人机部分
直接购买成品化的TI无人机主控板可以使用前面提到的主控。
2 程序设计
我主要是做小车的因此讲一下我小车的设计方案。 小车上主控板选用TI 盘古的开发板板载芯片为TM4C123GH6PZT7MCU内核为ARM Cortex-M4FMCU最大主频为80 MHz工作电压范围1.08 V-3.63 VRAM为32 KBFlash大小为256 KBEEPROM为2 KB核心位宽为32-BitADC为12 bit。 外设和内部资源需要使用串口屏、蓝牙模块/UWB模块、定时器、PWM、LED输出、按键输入这个可以使用串口屏的按键串口信息回传事件替代、蜂鸣器驱动。
2.1 蓝牙模块配置
本人使用的是大熊智能的双模蓝牙模块两个蓝牙模块配对的话需要设置一主机一从机以下蓝牙模块连接CH340模块在电脑上使用AT命令配置两个模块。默认使用115200波特率连接。
蓝牙从机连接无人机
ATNAMEDX2003-S # 设置从机名称
ATMASTER01 # 设置从机工作模式
ATBAUD115200 # 设置波特率为115200
ATLADDR # 读取从机蓝牙地址以便主机连接LADDR22345000891f 蓝牙主机连接小车
ATNAMEDX2003-M # 设置主机名称
ATMASTER04 # 设置主机工作模式
ATBAUD115200 # 设置波特率为115200
ATCONN22345000891f # 主机连接从机地址连接上之后 (1)主机显示
IM_CONN:0 # 0代表是BLE连接上1代表是SPP连接上(2)从机显示
IM_CONN:8蓝牙断开连接命令
ATDSCET1 2.2 串口屏界面设计
串口屏使用USART HMI软件绘制界面需要进行界面排版字库添加程序编译。 软件下载及学习链接 http://mall.micromove.cn/start/download_ide.html 2.2.1 串口通信协议
1、串口屏接收 协议为字符串HEX标识符 HEX标识符为\xff\xff\xff USART HMI软件上仿真不需要添加HEX标识符\xff\xff\xff。 例子 如果是串口屏使用CH340连接电脑则电脑上的串口工具输入不要加空格
t0.txt陶晶驰电子\xff\xff\xff
b0.txtHello World\xff\xff\xff
j0.val100\xff\xff\xff
page0.bcoWHITE\xff\xff\xff如果是MCU串口发送数据在2.4.2中详述。
2、串口屏发送 1prints从串口打印一个变量/常量。 2printh从串口打印16进制。
2.2.2 绘图函数
主要使用的有 1cirs绘制实心圆
cirs x,y,radius,color\xff\xff\xff
cirs 160,266,6,RED\xff\xff\xff2line绘制直线
line x_start,y_start,x_end,y_end,color\xff\xff\xff
line 185,246,185,26,BLUE\xff\xff\xff3插入图片
pic x,y,picid\xff\xff\xff # picid为软件插入的ID号为x的图片
pic,123,150,0\xff\xff\xff2.2.3 串口屏界面设计
小车能够通过蓝牙串口接收无人机传回的航点数据协议A和火灾位置数据协议B并在串口屏上显示出蓝色原点和红色六角形。 2.3 无人机与小车之间的通信协议设计
1、无人机通过串口发送给小车的字符串
A,160,150,F // 无人机航点坐标(160,150)
B,250,100,F // 模拟火源坐标(250,100)
C,1,F // 模拟火源ID: 1A类表示无人机航点F为结束标志位 B类表示无人机检测到的火源坐标F为结束标志位。 C类表示无人机检测到的模拟火源所在的区域IDF为结束标志位。这个协议可以不发送直接小车通过B类协议计算模拟火源位置。
2、小车通过串口发给无人机的字符串只需要一个按键使能使用按键输入或者串口屏的点击通过蓝牙串口发送“TakeOff”字符串无人机检测到就能起飞了。
2.4 小车程序设计
首先进行各个部分的初始化然后进入while(1)循环循环内写入大部分处理函数。中断处理函数中存放处理函数的使能位当某些函数工作时间较长需要在中断中使能标志位然后在主函数main中进行处理以免造成中断阻塞。
2.4.1 蓝牙串口程序
蓝牙串口程序包括串口初始化、串口发送、串口中断服务函数串口接收、串口数据解析等部分。
1、主函数
#include stdio.h
#include stdint.h
#include stdbool.h
// ......// 全局变量
char uart4_rec_temp[50]; // 接收到暂存的字符数组
bool uart4_rec_check_flag 0; // 接收数据解包的标志位// ......int main(void)
{ROM_FPUEnable();//使能浮点单元ROM_FPULazyStackingEnable();//浮点延迟堆栈,减少中断响应延迟 ROM_SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_2_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN);//配置系统时钟initTime(); // 初始化滴答定时器GPIO_Init(); // LED灯初始化// ......ConfigureUART4(); // 初始化蓝牙BLE-串口4UART4_BLE_CONNECT(); // 串口4连接蓝牙// ......while(1){// ......uart4_data_check(); //串口4数据包解包// ......}
}2、串口初始化
// 蓝牙-串口4驱动 PC4/PC5
void ConfigureUART4(void)
{ ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOC);// Enable the GPIO Peripheral used by the UART.ROM_SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART4);// Enable UART0ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PC4_U4RX);// Configure GPIO Pins for UART mode.ROM_GPIOPinConfigure(GPIO_PC5_U4TX);ROM_GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTC_BASE, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5);UARTConfigSetExpClk(UART4_BASE,SysCtlClockGet(),115200,(UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE));UARTFIFODisable(UART4_BASE); // 使能UART4中断UARTIntEnable(UART4_BASE,UART_INT_RX); // 使能UART4接收中断UARTIntRegister(UART4_BASE,UART4_IRQHandler); //UART4中断地址注册IntPrioritySet(INT_UART4,USER_INT3); //中断优先级设置USER_INT30最高
}3、串口中断服务函数
void UART4_IRQHandler(void) //UART4中断函数-蓝牙BLE接收中断无人机信息发送给小车
{uint32_t flag UARTIntStatus(UART4_BASE,1);//获取中断标志 原始中断状态 屏蔽中断标志 UARTIntClear(UART4_BASE,flag);//清除中断标志 char ch;while(UARTCharsAvail(UART4_BASE))//判断FIFO是否还有数据 {ch UARTCharGet(UART4_BASE); uart4_rec_temp[temp_cnt] ch;temp_cnt ;}if(ch F)uart4_rec_check_flag 1; // 接收数据解包的标志位置1if(temp_cnt 50) //数组存满后清空{memset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp)); // 清空字符数组temp_cnt 0;}bit_data !bit_data;GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_5, bit_data); //置低位点亮保持闪烁如果LED不闪烁了表示程序卡死了
}4、串口发送函数
void UART4_SendString(const char *string)
{int len strlen(string);while(len--){// 等待UART发送缓冲区为空while(UARTSpaceAvail(UART4_BASE) 0);// 发送字符到UARTUARTCharPut(UART4_BASE, *string);}
}5、解析串口接收到的数据 首先检测第一个数是否是“A”或“B”然后检测字符串最后一个字符是否是“F”。接着索引字符串中的“,”将中间的两个数字字符串拆分出来使用atof()函数将字符串转换为浮点数。最后将获得的浮点数存入对应的变量中或者使用调试接口输出或使用OLED屏输出。
// 串口4数据包解包
void uart4_data_check(void)
{if(uart4_rec_check_flag 1) // 分析uart4_rec_temp中的数据{uart4_rec_check_flag 0;if(uart4_rec_temp[0] A) // 是无人机XY坐标数据包{int len strlen(uart4_rec_temp);if(uart4_rec_temp[len-1] F){char* token;token strtok(uart4_rec_temp,,);token strtok(NULL,,);uart4_rec_x[uav_cnt] atof(token);token strtok(NULL,,);uart4_rec_y[uav_cnt] atof(token);uart4_flight_dist uart4_flight_dist sqrt(pow(uart4_rec_x[uav_cnt]-uart4_rec_x[uav_cnt-1],2) pow(uart4_rec_y[uav_cnt]-uart4_rec_y[uav_cnt-1],2));printf(A-X: uart4_rec_x[%d]:%f\r\n,uav_cnt,uart4_rec_x[uav_cnt]); // 测试printf(A-Y: uart4_rec_y[%d]:%f\r\n,uav_cnt,uart4_rec_y[uav_cnt]); // 测试printf(A-D: uart4_flight_dist[%d]:%fm\r\n,uav_cnt,uart4_flight_dist/100); // 测试// ......}// 处理完成后清空uart4_rec_tempmemset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));temp_cnt 0;}else if(uart4_rec_temp[0] B) // 是火源XY坐标数据包{int len strlen(uart4_rec_temp);if(uart4_rec_temp[len-1] F){char* token;token strtok(uart4_rec_temp,,);token strtok(NULL,,);uart4_fire[0] atof(token);token strtok(NULL,,);uart4_fire[1] atof(token);printf(B-X: uart4_fire[0]:%f\r\n,uart4_fire[0]); // 测试printf(B-Y: uart4_fire[1]:%f\r\n,uart4_fire[1]); // 测试// ......}// 处理完成后清空uart4_rec_tempmemset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));temp_cnt 0;}else{ // 没找到A/B数据包清空uart4_rec_tempmemset(uart4_rec_temp, 0, sizeof(uart4_rec_temp));temp_cnt 0;}}
}
